控制仪表及装置(第三版)第四章

控制仪表及装置,第四章可编程调节器,第一节概述可编程调节器的特点基本构成,可编程调节器,第二节KMM可编程调节器组成功能编程方法和仪表投入应用举例,第一节概述,可编程调节器的特点,调节器还具有自诊断功能，随时监视各部件工况，出现故障，指示操作人员及时排除。,基本构成,硬件系统,多路开关,采样保持,输入缓冲,模拟量输入,开关量输入,A/D,输入接口,微处理器,输出接口,存储器,键盘显示接口,D/A,多路开关,输出保持,V/I,输出缓冲,键盘,显示器,通信接口,发送接收,模拟量输出,开关量输出,通信,主机电路,模拟量输入输出通道,开关量输入输出通道,人机联系部件,通信部件,系统程序,软件系统,系统初始化,键盘显示管理,中断管理,自诊断处理,运行状态控制,监控程序,键处理,定时处理,运算控制,通信处理,掉电处理,中断处理程序,是调节器的主体部分，通常由监控程序和中断处理程序组成：,用户程序,其作用是连接系统程序中各功能模块，以完成预定的控制任务。,PID控制算式,可编程调节器的PID算式是对模拟控制器的算式（参见第一章）进行离散化得到的。,积分项可表示为,e(t)dt=TSe(i),t,0,n,i=0,微分项可表示为,de(t)e(n)-e(n-1),dt,TS,式中TS为采样周期，n为采样序号。经替换得到完全微分型的位置型算式：,y(n)=Kpe(n)+,TS,e(i)+,+y,TI,n,i=0,TD,TS,e(n)-e(n-1),式中y(n)为第n次采样输出值，y为输出初值。,=,将第n次采样的算式减去第(n-1)次采样的算式，得到完全微分型的增量型算式：,y(n)=Kpe(n)-e(n-1)+Kie(n)+,Ki=Kp,Kde(n)-2e(n-1)+e(n-2),TS,TI,式中：,，调节器的积分系数,Kd=Kp,，调节器的微分系数,TD,TS,另有速度型算式：v(n)=y(n)/TS,常使用增量型算式,因有利于实现手/自动之间的无扰动切换。,PID算式的改进,不完全微分型,y(n)=Kpe(n)+,TS,e(i)+,TI,n,i=0,TD,T*,e(n)-e(n-1),+yD(n-1),T*=TS+,TD,KD,式中：,，=,TD/KD,TS+TD/KD,不完全微分型算式较复杂，但其控制品质优于完全微分型。,微分先行PID,积分分离PID,第二节KMM可编程调节器,组成,硬件部分,输入输出接口：I/O接口包括可编程并行接口电路8255和可编程键盘显示控制器8279。8255的三组I/O端口分别作为D/A的输入口数字信号的输入、输出口，8279用于数据设定器的数据修改和LED数码管的显示。,软件部分,功能,输入处理功能,图中的开关若打在“0”，表示不进行该项处理。,TBL1,TCOMP,PCOMP,SQRT,DIGFILT,TBL2,TBL3,1,0,0,1,0,1,0,2,1,3,AIR,AI,补偿后的流量信号=,设计温度+常数,实际温度+常数,流量信号,压力补偿：用于气体或蒸气流量信号压力补偿：,补偿后的流量信号=,设计压力+常数,实际压力+常数,流量信号,编程时，将有关数值填入输入处理数据表中。,开平方：用于对节流装置的流量信号进行开平方处理。它具有小信号切除功能，编程时将切除值填入然后填入数据表中，切除范围可在输入量程的0.0100.0%任意选定。,数字滤波：用来消除输入信号中的随机干扰,为一阶滞后环节：,输出=,1,TS+1,输入,式中T为滤波时间常数，范围：0.0999.9。编程时将T值填入数据表中。,输出处理功能,有模拟输出信号(AO13)，数字输出信号(DO13)。哪些信号送到输出端，在输出处理数据表中规定。,运算处理功能,名称,n,P1,P2,Un,H1,H2,四个输入端：H1、H2、P1、P2；一个输出端：U1；模块序号：n运算关系：,Un=f(H1、H2、P1、P2),PID运算模块,PID,P1,P2,U,H1,H2,当P2=ON时，U(n)=P1+U(n),此时微分不起作用，P1为P1端输入电压信号，U(n)为第n次采样偏差的PI运算增量值。,当P2=OFF时，U(n)=U(n-1)+U(n),U(n-1)为前一次采样输出值；U(n)为第n次采样偏差的常规PID运算增量值。,手动操作模块MAN,MAN,U,H1,H2,输出增/减,+,MV,M,A/C,方式切换,跟踪切换,A/C输入,跟踪输入,手动方式(A)时，U=先前值+MV。,自动方式(A)时，U=H1,U接AO1,跟踪方式(F)时，U=H2,运行方式切换模块MOD,MOD,H1,H2,H1,H2,P1,P2,ON,OFF,ON,OFF,ON,OFF,ON,OFF,M,A,C,A,F,A,M,P1,P2,当H1=ON时，调节器处于跟踪方式(F)；当H1=OFF时，调节器恢复跟踪前的方式；当H2=ON时，调节器为手动方式(M)；当P1=ON时，调节器为自动方式(A)；当P2=ON时，调节器为串级方式(C)；,控制变量更换模块PMD,MOD,H1,P1,三个输入端：H1、P1和EXT.NO输出无意义。,当P1=ON时，可改变PID变量；当P1=OFF时，不能改变PID变量。,EXT.NO,百分数型变量由H1直接确定；,时间型变量由TI、TD等于0.2048H1(min)。,更改什么变量由EXT.NO指定，见教材表4-3。,超前/滞后模块L/L,L/L,P1,P2,H1,U,U(S)=,1+P1S,1+P1S,H1(S),P1超前时间；P2滞后时间。,该模块对P1、P2有限制：当P2小于采样周期TS时，自动限制P2=TS；当P1大于16P2时，自动限制P1=16P2。,高、低值监视模块HMS和LMS,HMS的模块符号和算式如下：,HMS,H1,P2,H2,U,当H1H2时，U=ON；当H1xn-1，ynyn-1。当H1y1时，U=x1；当H1y10时，U=x10。,控制类型分为0、1、2和3型四种(见图4-2023)。编程时，将所选类型填入基本数据表中。,控制类型及无扰动切换,0型调节器只用一个PID运算模块,且按内给定值(LSP)进行控制，无外给定输入端(RSP)。,1型调节器只用一个PID运算模块，但具有内外给定切换开关，可按内或外给定值进行控制。,2型调节器使用两个PID运算模块，PID1用内给定LSP1,PID2用RSP2,PID1的输出作为RSP2值。,3型调节器也使用两个PID运算模块,与2型不同，PID2具有内外给定切换开关,开关置“A”时,PID2按内给定控制，置“C”时两PID组成串级控制。,运行方式分为正常运行方式和异常运行方式。,运行方式,正常运行方式：手动（MAN）方式；自动（AUTO）方式；串级（CAS）方式；跟踪（FOLLOW）方式；,异常运行方式：联锁手动（IM）方式。当调节器出现A组诊断异常时进入本运行方式,操作功能与手动方式相同。后备（S）方式。当调节器检出B组诊断异常时进入本运行方式，输出由后备手操器控制。,执行自诊断程序时，若检出异常则显示故障代码，并自动切换到“IM”或“S”运行方式。,自诊断功能,A组是指在输入异常、运算溢出或过载的故障。B组是指在ROM、RAM异常、采样时间、A/D转换异常或输出反馈异常的故障。,自诊断有两种类型：A组和B组,通信功能,具有与上位机通信的能力，有三种通信类型：,类型0：不通信；类型1：通过S-与局部操作站等进行通信；类型2：与上位机通信，完成SPC和DDC控制。,编程方式和仪表投入,设计控制系统先确定方案和控制流程，然后按功能要求绘制组态图，填写控制数据表。设计过程如下：,按控制方案画出控制流程图,确定对可编程调节器的要求,绘制组态图,填写控制数据表,用编程器制作用户EPROM,EPROM装入装入仪表,调试投运,编程实例,一天然气压力控制系统，要求对罐内压力进行单变量定值控制,并检测天然气流量(需温压补偿)。输出AO1控制阀门，AO2送上位机的PIU。,I/P,PIC,F,T,AIR1,AIR2,AIR3,AO1,AO2,PIU,P,天然气储罐,压力控制系统流程图,组态按流程图和控制要求绘出组态图：,AIR2,压力,AIR1,温度,AI1,AI2,输入处理,1,LSP1,PID1,2,3,4,PPAR10.0,HLM,MAN,LLM,PPAR2100.0%,OFF,AO1,输入处理,AIR3,流量,AI3,输入处理,5,DMS,PPAR315%,PPAR30.0,SP1,6,NOT,7,OR,9,MOD,8,AND,MSW,ASW,OFF,OFF,(接AO2),(差压),控制要求：当调节器的给定值SP和测量值PV之偏差超过给定的监视值(15%)时,调节器自动切换至手动(M)方式，当偏差恢复正常后，切入自动(A)方式。,切换说明：根据系统要求，超偏差时调节器应能自动切换至手动，即与面板手操方式构成“或”的关系；偏差恢复正常才切入自动，即不超差状态和面板自动方式应构成“与”的关系。故不能单独由M、A按钮决定调节器工作方式。现用“MOD”方式切换模块,或门的输出接MOD模块H2端,与门的输出接MOD模块P1端,P2端接OFF。,填写控制数据表,基本数据表：用于规定调节器的采样周期、编号和控制类型等。,输入处理数据表：规定折线处理、温度补偿、压力补偿、开方处理和数字滤波等项的有关数据。,PID数据表：规定PID操作类型以及比例度、积分时间和微分时间等控制变量。,折线数据表：规定折线表中折点的坐标值。,可变变量表：有百分型和时间型可变变量。,数据处理数据表：规定模拟输出信号和数字输出信号从何模块引来。,运算模块数据表：规定模块类型及模块间连接。